Бентонит и полимеры для ГНБ: как выбрать, приготовить раствор и рассчитать расход
Буровой раствор — это не просто вода, а сложная многокомпонентная система, которая состоит из воды, бентонита, полимеров и добавок. Правильно подобранный состав напрямую влияет на скорость проходки и сохранность дорогостоящего бурового оборудования, включая установки DDW, в поставках и обслуживании которых мы специализируемся.
Буровой раствор выполняет сразу несколько критически важных функций:
- Вынос шлама. Способствует выносу пробуренной породы из скважины на поверхность и удерживает частицы шлама во взвешенном состоянии.
- Стабилизация стенок скважины. Образует плотную, малопроницаемую фильтрационную корку на стенках скважины, обеспечивая стабилизацию всего ствола скважины.
- Охлаждение и защита инструмента. Отводит лишнее тепло от буровой колонны, предотвращает налипание грунта на инструмент, снижает крутящий момент, облегчает различные виды сопротивления в процессе бурения.
Для того, чтобы приготовить буровой раствор, подходящий именно для вашего объекта, необходимо учитывать его особенности и подбирать компоненты, подходящие для работы именно с ними. В состав бурового раствора входят: пресная вода, бентонит, полимеры и добавки.
1. Пресная вода
Её можно использовать как из естественных источников (реки, озера, пруды и т.д.), так и из искусственных (водопровод, ВЗУ, водохранилища и т.п.).
Перед приготовлением раствора необходимо произвести химический анализ воды, определив pH (кислотность), dH (щёлочность) и CaCO₃ (карбонатную жёсткость). Оптимальные показатели для воды: pH = 8–10, dH ≤ 14.
2. Бентонит
Бентонит или бентонитовая глина — это природный материал, основу которого составляет минерал монтмориллонит. Благодаря высокой пластичности, отличным впитывающим свойствам и способности сгущать растворы, это сырьё активно применяется во многих отраслях промышленности. Главная технологическая особенность бентонита заключается в его способности разбухать при контакте с водой, из-за чего он увеличивается в объёме в 10–16 раз. Именно это уникальное качество делает данный материал ключевым и незаменимым компонентом при производстве буровых растворов.
Бентонит может быть как самостоятельной единицей, так и иметь примеси в виде полимеров, которые идут уже в составе бентонитовой смеси. С составом конкретного вида можно ознакомиться на транспортной упаковке или обратившись к производителю напрямую.
3. Полимеры
Эти буровые реагенты используются для регулировки вязкости, инкапсуляции глины и понижения фильтрации в различных типах грунтов. Соответственно, выбор полимеров будет напрямую зависеть от типа грунта, с которым вам предстоит работать.
- Ксантан (Xanthan) – биополимер ксантановой смолы, используется как структурообразователь бурового раствора. Используется преимущественно в таких грунтах, как: водоносный песок, гравелистый песок и гравий. Ксантан хорошо распускается в пресной и морской воде, и нечувствителен к загрязнению растворенными ионами.
- Полианионная целлюлоза (PAC – HV, ПАЦ) – разновидность натриевой соли КМЦ (карбоксиметилцеллюлозы) с повышенной степенью замещения. Он регулирует вязкость и водоотдачу в буровом растворе, способствует стабилизации стенок скважин, а также может использоваться в растворах с высокой кислотностью. Используется преимущественно в таких грунтах, как: мелкий песок, водоносный песок, крупный песок, гравелистый песок и гравий.
- Полиакриламид (PHPA, ПАА) – общее название группы полимеров и сополимеров на основе акриламида и его производных. Анионный полиакриламид представляет собой отрицательно заряженный полимер. Поэтому он может притягивать к себе частицы грунта, глины или песка. Применяется для инкапсуляции выбуренной породы и стабилизации глинистых сланцев. Используется преимущественно в таких грунтах, как: суглинок, глина и глина активная.
4. Добавки
При приготовлении бурового раствора активно используются различные добавки для улучшения полученных свойств раствора. К таким добавкам можно отнести LUBE и DETERGENT производства Бентохолдинга.
LUBE
Высокоэффективная смазка для всех типов буровых растворов. Её преимущества:
- Оперативно уменьшает силу трения.
- Увеличивает скорость проходки.
- Снижает вероятность прихвата.
- Повышает эффективность технологии прокола.
- Увеличивает срок службы фрезы.
- Экологически безопасен.
DETERGENT
Состав из поверхностно-активных веществ, которые предотвращают налипание породы на буровой инструмент и оборудование.
- Уменьшает силу трения.
- Увеличивает скорость проходки.
- Снижает вероятность прихвата.
- Благодаря дополнительному ингибированию, совместим со всеми применяемыми в бурении химическими реагентами.
- Экологически безопасен.
Кальцинированная сода
Используется в случаях, когда используется вода с низким уровнем pH и высокой степенью жёсткости — она нейтрализует Ca²⁺ и Mg²⁺ и делает воду пригодной для использования в правильном буровом растворе.
Рекомендуемые добавки для бурового раствора под разный тип грунта
Ниже представлена таблица рецептур для различных типов грунтов. Количество компонентов указано в кг на 1 м³ раствора.
| Тип грунта | BENTOPRO STANDART (кг/м³) | BENTOPRO PLUS (кг/м³) | BENTOPRO ULTRA (кг/м³) | BENTOPRO EXTRA (кг/м³) | XANTHAN (кг/м³) | PHPA (кг/м³) | PAC HV (кг/м³) | LUBE (кг/м³) | DETERGENT (кг/м³) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ГЛИНА | 15–20 | 10–15 | 8–12 | 6–10 | 0,15–0,3* | 0,5–1* | — | — | 1–3 |
| СУГЛИНОК | 20–25 | 15–20 | 12–15 | 10–12 | 0,2–0,5* | 0,2–0,5* | — | — | 1–2 |
| СУПЕСЬ | 15–20 | 15–20 | 12–18 | 10–15 | 0,2–0,5* | — | 0,2–0,5* | 1–2 | — |
| ПЕСОК | 35–40 | 30–35 | 20–25 | 15–20 | 0,5–2 | — | 0,5–1,5 | 1,5–3 | — |
| ГРАВИЙ | 40+ | 35+ | 30+ | 25+ | 0,5–2 | — | 0,7–1,5* | 2–3 | — |
| СКАЛА | 18–25 | 12–18 | 8–12 | 6–10 | 0,5–1 | — | — | 1–2 | — |
* Максимально указанное количество полимеров добавляется в раствор при существенном превышении параметров жёсткости используемой воды.
Расчёт объёма бурового раствора и скорости бурения
Выше мы рассмотрели, из чего может состоять буровой раствор. Как же приготовить раствор, который подойдёт именно в вашем случае? Ниже представлены формулы, по которым можно рассчитать объём необходимого бурового раствора конкретно для вашего бурения, а также максимальную скорость бурения.
Формула расчёта объёма бурового раствора:
V = 0,785 × D² × L × F
где:
V – объём бурового раствора (м³),
D² – диаметр максимального расширения (м),
L – длина скважины (м),
F – коэффициент расхода бурового раствора.
Формула расчёта максимальной скорости бурения:
Vрасш = Qрасш / (0,785 × (D²расш – D²пр) × F)
где:
Vрасш – максимальная скорость бурения (м/мин),
Qрасш – скорость подачи раствора (м³/мин),
D²расш – диаметр текущего расширения (м),
D²пр – диаметр предыдущего расширения (м),
F – коэффициент расхода бурового раствора.
Коэффициент расхода бурового раствора (F):
- 2–4 – песок, гравий, скальная порода
- 4–6 – супесь, суглинок, глина
- 6 и более – активная глина
